Trong công việc hay trong cuộc sống luôn có những vấn đề hay bài toán mà chúng ta cần giải đáp. Thuật toán chính là chìa khóa giúp chúng ta giải quyết các vấn đề hay bài toán đó. Vậy bạn hiểu thuật toán là gì? Đặc trưng, lợi ích của thuật toán? Phương pháp biểu diễn thuật toán và các thuật toán cơ bản là gì? Mời bạn đọc cùng với chúng tôi tìm hiểu nhé!
Thuật toán là gì?
Khái niệm
Thuật toán hay thuật giải, giải thuật chính là tập hợp các câu lệnh, các phương pháp, chỉ thị hoặc là các bước thực hiện theo thứ tự nhất định nhằm giải quyết một vấn đề logic bằng chương trình máy tính. Kỹ năng về thuật toán cũng chính là nền tảng trong lĩnh vực lập trình. Vì vậy mà các lập trình viên cần phải nắm vững kỹ năng này thì mới có thể làm việc hiệu quả.
Đặc trưng
- Tính xác định
Đây cũng là đặc trưng đầu tiên mà mọi người sẽ thấy được ở thuật toán. Tính xác định có thể được coi như là tính rõ ràng, có thể thực thi. Đó chính là một dãy hữu hạn những bước rõ ràng. Nếu như thực thi đúng trình tự thì bạn sẽ nhanh chóng đạt được kết quả như mong muốn. Vì vậy mà thuật toán cần phải đi theo một trình tự nhất định ngay từ đầu.
- Tính hữu hạn
Nếu như không có tính hữu hạn thì thuật toán thực hiện sẽ dễ bị sai, có thể xảy ra tình trạng lặn vô tận hay thậm chí là không có kết quả chính xác. Do đó mà thuật toán cần phải có tính hữu hạn để đảm bảo được tính xác thực của kết quả.
- Tính đúng đắn
Một đặc điểm đặc trưng khác của thuật toán đó chính là tính đúng đắn. Ví dụ như khi bạn làm một đề bài nào là hoặc trả lời câu hỏi nào thì yếu tố quan trọng nhất vẫn sẽ là tìm ra được kết quả chính xác.
Để vấn đề có được cách giải quyết tốt nhất thì thuật toán cũng cần phải đảm bảo có tính đúng đắn. Những vấn đề tìm ra được cách giải quyết tốt và đúng đắn là rất khó khăn. Vậy nên hãy nghiên cứu và thử nghiệm nhiều lần thì mới có được tính đúng cho thuật toán.
- Tính tổng quát
Tính tổng quát của các thuật toán được thể hiện khi nó áp dụng được cho tất cả mọi trường hợp chứ không chỉ riêng 1 – 2 trường hợp nào đó. Tuy nhiên không phải lúc nào thì tính tổng quát của thuật toán cũng được đảm bảo. Thực tế thì có thời điểm người ta chỉ có thể tạo ra thuật toán cho 1 dạng bài toán đặc trưng mà thôi.
- Tính hiệu quả
Với các thuật toán thì tính hiệu quả sẽ có liên quan đến lượng tài nguyên tính toán được sử dụng. Nó sẽ giúp xem xét thời gian cũng như dung lượng cần thiết để có thể chạy được một thuật toán cụ thể.
Lợi ích
- Tối ưu hóa việc tìm kiếm
Nếu như nhắc đến công cụ tìm kiếm thì không thể không nhắc đến Google. Chỉ cần truy cập và tìm kiếm là bạn sẽ thấy được nội dung mong muốn hiển thị. Điều này cũng chính là nhờ vào những thuật toán hiện đại được áp dụng vào đây.
Thực tế thì tốc độ tìm kiếm của nó rất nhanh chóng. Thậm chí, chỉ trong khoảng 1 giây mà đã có hàng nghìn hay hàng triệu kết quả được hiển thị ra. Vậy nên việc biết thuần thục các thuật toán tìm kiếm sẽ giúp cho công việc và việc học lập trình của bạn được tối ưu hơn.
Bạn có thể tự sáng tạo ra được những loại công cụ hay ứng dụng để thỏa mãn mục tiêu tìm kiếm một cách tối đa của người dùng. Thiếu đi thuật toán tìm kiếm cũng sẽ khiến cho phần mềm khó có thể hoạt động trơn tru.
- Khả năng bảo mật cao
Thuật toán có khả năng bảo mật thông tin cao. Những giải thuật đều sẽ được mã hóa và dùng để truyền thông tin thành những chuỗi ký tự. Nhờ vậy mà việc truyền tải hay nhận dữ liệu sẽ được bảo toàn tốt hơn.
Phương pháp biểu diễn thuật toán là gì?
Ngôn ngữ tự nhiên
Sử dụng ngôn ngữ tự nhiên là phương pháp biểu diễn thuật toán bằng cách mô tả các bước thực thi theo như ngôn ngữ thường ngày. Phương pháp này không đòi hỏi người viết và người đọc thuật toán phải nắm được các nguyên tắc.
Tuy nhiên nó sẽ khiến cho việc biểu diễn thuật toán trở nên dài dòng, không trực quan cũng như không thể hiện được cấu trúc thuật toán nên có thể gây ra sự khó hiểu hoặc hiểu lầm. Vì không có bất kỳ nguyên tắc nào cho phương pháp này nên khi sử dụng thì bạn cần phân cấp từng bước theo số thứ tự một cách dễ hiểu nhất.
Lưu đồ – sơ đồ khối
Sơ đồ khối của thuật toán (algorithm flowchart) được hiểu là một biểu đồ đồ họa sử dụng các hình dạng hình học (hình chữ nhật, hình tròn, hình bầu dục) cùng với các mũi tên để biểu diễn các bước cụ thể trong một thuật toán hoặc là quy trình logic.
Hiện nay có rất nhiều các phần mềm vẽ lưu đồ nhanh nên sẽ thuận tiện cho việc biểu diễn thuật toán hơn. Bên cạnh đó, bạn cũng nên áp dụng theo các thao tác dưới đây để có được một sơ đồ khối hoàn chỉnh nhất:
- Thao tác chọn lựa (decision): Thao tác chọn lựa được biểu diễn bằng một hình thoi và ở trong có chứa biểu thức điều kiện.
- Thao tác xử lý (process): Thao tác xử lý này được biểu diễn bằng một hình chữ nhật và ở trong chứa nội dung xử lý.
- Ðường đi (route): Để thể hiện trình tự thực hiện các thao tác thì người ta sẽ sử dụng đường cung để nối các bước kế tiếp nhau. Trên đường cung sẽ có mũi tên để chỉ hướng hoặc là thứ tự thực hiện.
- Ðiểm cuối (terminator): Ðiểm cuối là điểm khởi đầu và cũng là điểm kết thúc của thuật toán. Nó được biểu diễn bằng hình ovan và bên trong có ghi chữ start/begin/bắt đầu hoặc là end/kết thúc. Nếu như là điểm khởi đầu thì điểm cuối sẽ chỉ có cung đi ra, còn nếu là điểm kết thúc thì sẽ có cung đi vào.
- Ðiểm nối (connector): Ðiểm nối được sử dụng để nối các phần khác nhau của một lưu đồ. Bên trong điểm nối thì người ta sẽ đặt một ký hiệu để biết sự liên hệ giữa các điểm nối đó.
- Ðiểm nối sang trang (off-page connector): Điểm nối sang trang cũng giống như là điểm nối nhưng nó lại được dùng khi lưu đồ quá lớn và phải vẽ trên nhiều trang. Bên trong điểm nối sang trang thì người ta cũng đặt một ký hiệu để biết được sự liên hệ giữa điểm nối của các trang.
Mã giả
Khi sử dụng phương pháp này để biểu diễn thuật toán thì bạn cần phải vay mượn các cú pháp của một ngôn ngữ lập trình nào đó và cũng vẫn sử dụng một phần ngôn ngữ tự nhiên. Thực tế thì mọi ngôn ngữ lập trình đều có những thao tác cơ bản là xử lý, rẽ nhánh và lặp. Phương pháp dùng mã giả để biểu diễn thuật toán này vừa tận dụng được các khái niệm trong các loại ngôn ngữ lập trình và vừa giúp cho người cài đặt dễ dàng nắm bắt được nội dung của thuật toán.
Tổng hợp các thuật toán cơ bản
- Thuật toán Hashing
Hashing chính là thuật toán dùng để phát hiện và xác định các dữ liệu phù hợp thông qua khóa, ID. Mục đích của Hashing là để tìm ra lỗi, quản lý cache, mã hóa cũng như tra cứu. Cụ thể: Hashing được tích hợp sẵn ở trên key để cho ra giá trị chính xác nhất. Đây cũng chính là mã định danh duy nhất cho bộ dữ liệu và tính toán để người dùng tạo ra các giá trị dữ liệu duy nhất.
- Thuật toán Mô-đun
Thuật toán mô-đun giúp cho các bài toán phức tạp trở nên dễ dàng hơn rất nhiều. Các thông số được thuật toán mô-đun giải quyết chính là các số nguyên, thông qua phép tính chủ yếu đó là cộng, trừ, nhân và chia.
- Thuật toán sắp xếp
Thuật toán sắp xếp giúp sắp đặt được các dữ liệu một cách có tổ chức. Các khối xây dựng cơ bản của thuật toán sắp xếp chính là các phần dữ liệu được so sánh với nhau để xác định ra thứ tự tương ứng của chúng. Ngoài ra thì còn các thuật toán sắp xếp khác như là: sắp xếp đếm, sắp xếp hợp nhất hay sắp xếp theo nhóm…
- Thuật toán lập trình động
Thuật toán được dùng để giải các bài toán trí tuệ phức tạp thông qua quá trình phân rã bài toán thành các bài toán con nhỏ hơn. Khi vấn đề được giải quyết thì việc xây dựng lại một câu hỏi phức tạp đòi hỏi cần phải ghi nhớ các kết quả nhỏ hơn để có thể trả lời câu hỏi phức tạp ban đầu. Lần sau nếu như có vấn đề phát sinh thì nó sẽ được giải quyết nhanh hơn nhiều.
- Thuật toán Dijkstra
Đây chính là một phương pháp dùng để tìm ra cách di chuyển nhanh nhất giữa 2 vị trí. Nó được áp dụng phổ biến trong các ứng dụng tìm đường, vận chuyển hoặc là trong trí tuệ nhân tạo, các trò chơi…
- Thuật toán phân tích liên kết
Thuật toán này được sử dụng chủ yếu trong lĩnh vực mạng, nhằm tăng khả năng liên kết với nhiều thực thể khác nhau trong cùng một miền. Thuật toán liên kết thường sử dụng các ma trận phức tạp và biểu diễn đồ họa để có thể liên kết các thành phần tương tự trong cùng một miền.
- Thuật toán tìm kiếm
Thuật toán tìm kiếm sử dụng các cấu trúc dữ liệu tuyến tính hoặc là đồ thị. Nó cho phép các nhà phát triển có thể dễ dàng tìm thấy hiệu quả của việc sắp xếp các tập dữ liệu đối với các hàm có độ phức tạp thời gian O(log N).
- Thuật toán biến đổi Fourier
Thuật toán này mặc dù đơn giản nhưng nó lại có tác dụng rất lớn. Nó được sử dụng để chuyển đổi tín hiệu từ tên miền thời gian sang miền tần số. Thuật toán này được áp dụng cho các mạng kỹ thuật số hiện nay như: wifi, internet, máy tính, điện thoại, vệ tinh hay bộ định vị…
- Thuật toán các tập không giao nhau
Đây là một cấu trúc trợ giúp thuật toán, được sử dụng để biểu diễn nhiều tập hợp trong mảng riêng lẻ. Và mỗi một mục chính sẽ là một phần tử của nhiều tập hợp.
- Hệ số tích phân
Thuật toán này dùng để hướng dẫn từng bước về cách lấy các thừa số nguyên tố của một số tổng hợp. Hệ số tích phân giúp giải quyết các vấn đề phức tạp trong nền tảng mã hóa yêu cầu bạn phải giải quyết các số nguyên phức hợp lớn.
Có thể bạn quan tâm:
Ngôn ngữ lập trình là gì? Các ngôn ngữ lập trình phổ biến nhất hiện nay
Thuật ngữ là gì? Đặc điểm và các trường hợp sử dụng thuật ngữ
Trên đây là những thông tin liên quan đến thuật toán là gì cũng như các loại thuật toán được sử dụng phổ biến trong lập trình. Hy vọng bài viết này sẽ giúp bạn có được thêm những kiến thức hay và bổ ích!
